La التراكب الكمي إنه مفهوم يتم سماعه أكثر فأكثر. يتم استخدام خاصية الطبيعة هذه في بذور أجهزة الكمبيوتر الكمومية، والنقل الكمي الآني، والإنترنت الكمومي. ومع ذلك، هناك العديد من الأشخاص الذين لا يعرفون جيدًا التراكب الكمي ويبدو الأمر صينيًا بالنسبة لهم.
سنخبرك في هذه المقالة ما هو التراكب الكمي وخصائصه وأهميته.
ما هو التراكب الكمي
التراكب الكمي هو مبدأ أساسي في ميكانيكا الكم فهو يعبر عن الوجود المتزامن لنظام فيزيائي، مثل الإلكترون، في جميع حالاته النظرية الممكنة. عند ملاحظتها، يمكنها فقط "الانهيار" في أحد هذه التكوينات. هذا "التجميد" عشوائي ولكنه يعتمد على قوانين الاحتمال.
إحدى الطرق لفهم التراكب الكمومي، على الأقل بطريقة مبسطة، هي الاعتقاد بأن الجسيم يمكن أن يكون في حالتين متحمستين في نفس الوقت، ولكن بمجرد ملاحظته فإنه يكشف عن إحداهما فقط. وهكذا، يتم استخدام التراكب على نطاق واسع في الحوسبة الكمومية. يمكن أن يأخذ "qubit" أو qubit القيمتين 0 و 1؛ على عكس البت، يجب أن يكون البت إما 0 أو 1.
هذه الحالة من التراكب الكمومي هي نتيجة لاقتراح نظري للدوق الفرنسي لويس دي برولي، الذي اقترح في عام 1924 أن الإلكترونات ليست جسيمات بل موجات. أي أن الإلكترونات ليست "كرات" من المادة ذات تفاعلات كلاسيكية (مثل الاصطدامات بين كرات البلياردو)، ولكنها موجات تنتقل عبر الفضاء. هذا حقيقي.
التراكب الكمي للإلكترونات
إذا تخيلنا الإلكترونات على أنها "كرات"، فإن مجموع واحد زائد الآخر يعطينا فكرة خاطئة عن كيفية تصرف المادة لأننا نتخيلها مكدسة مثل الكرات. بعضها في الأعلى، وبعضها في الأسفل، وبعضها في الجوانب. ومع ذلك، فإن المادة لا تعمل بهذه الطريقة على المستوى الكمي، بل على المستوى العياني فقط. هذا لنا.
أصبحت ظاهرة التراكب الكمي أسهل في الفهم منذ ذلك الحين الرأي القائل بأن المادة تتصرف مثل الأمواج. على عكس المادة، يمكن للموجات أن تتداخل. على المستوى الكمي، تتصرف المادة مثل الموجات، ويحدث شيء مثير للاهتمام: يمكن للمادة أن "تضيف" بعضها لبعض.
يمكن ملاحظة تشبيه مثير للاهتمام في الطبيعة. الصورة التالية توضح التموجات التي تتركها قطرات الماء على سطح الماء. إنها موجة دائرية تنتشر على طول السطح. أي شخص ألقى حجرًا في بحيرة سيعرف ذلك. من حيث المبدأ، كل موجة مستقلة.
ومع ذلك، يحدث تراكب الموجة عندما تتزامن موجتان. أي إضافة أو طرح مقاديرها. وعندما يلتقي الحافتان، يرتفع الماء عاليًا جدًا. حيث يوجد واديان، نرى المنخفضات. وإذا تزامنت القمم مع الأودية فإن مجموع الأمواج يؤدي إلى الإلغاء.
الموجات والتراكب الكمي
إذا كانت الإلكترونات عبارة عن موجات تتحرك عبر الفضاء، فإن موجاتها يمكنها أن تفعل أشياء مشابهة لما يظهر في الماء. هذه الظاهرة أكثر تعقيدًا، ولكن إليك طريقة لتبسيطها. لكن السؤال الذي يقلق الكثيرين هو: أين توجد الإلكترونات؟
وفقا لقوانين ميكانيكا الكم، يمكن أن يحدث التراكب الكمي حتى يتم ملاحظة الجسيمات. ثم تنهار الدالة الموجية (التي تصف احتمال أن يكون للجسيم حالة أو أخرى، وهي الطريقة التي نمثل بها أنظمة الجسيمات) أو يتم تعريفها على أنها دالة موجية أكثر تحديدًا.
على الرغم من أن القياس التالي ليس صحيحًا تمامًا، إلا أنه يمكن استخدامه. بالون هيليوم يطفو في غرفة مظلمة. أولاً، فمن المستحيل معرفة مكان البالون بالضبط، لأن هناك تدفقات هواء معقدة للغاية تحرك البالون من جانب إلى آخر. من الممكن تحديد احتمالية تواجد البالون في مكان أو آخر. هذه هي وظيفتها الموجية.
كيف تعرف أين هو الآن؟ كيفية جعل الدالة الموجية "تنهار"؟ التجربة التي يمكن إجراؤها هي رمي السهام. إذا ذهب السهم إلى مكان ليس فيه البالون، فلن نسمع أي صوت. ومع ذلك، إذا مر السهم عبر البالون، فإننا نسمع صوت انفجار. الاستنتاج هو: سيحدد البالون موضعه بغض النظر عما إذا كان السهم قد أصابه أم لا. أي أنها سوف "تنهار" بالمعنى المادي وتكشف عن مكان وجودها.
على الرغم من أن مثال البالون ليس تشبيهًا مثاليًا، إلا أنه يساعد على فهم كيفية توزيع الإلكترونات في منطقة معينة من الفضاء في نفس الوقت، وكيف يمكنك معرفة ماهيتها فقط عندما تنظر إليها.
فائدة اليوم
إذا كانت هذه الخاصية مثيرة للاهتمام، فذلك لأنه يمكن استخدامها لبناء أجهزة كمبيوتر كمومية. في عام 2016، استفاد فريق من الباحثين من الخصائص الكمومية للمادة، بما في ذلك حالات التراكب، لتمكين نقل المعلومات لمسافات طويلة.
في 2017، نجح فريق آخر في نقل الحالة الكمومية بين عقدتين متصلتين. في عام 2022، تمكن مجموعة من الباحثين من نقل الحالة الكمومية بين عقدتين منفصلتين بفضل حقيقة أن عقد أليس وبوب وتشارلي كانت متصلة واحدة تلو الأخرى. ومن خلال هذه التجارب، من الممكن بناء إنترنت أكثر موثوقية
حاليًا، يستكشف العلماء طرقًا للاستفادة من هذه الخاصية لحل المشكلات التي قد يكون من الصعب جدًا أو حتى من المستحيل معالجتها باستخدام أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية. في الحاسوب الكمي، يتم استبدال البتات الكلاسيكية (0 أو 1) بالكيوبتات، والتي يمكن أن تكون متداخلة، مما يعني أنها يمكن أن تمثل 0 و 1 في نفس الوقت. وهذا يسمح للحاسوب الكمي باستكشاف حلول متعددة في وقت واحد، مما يؤدي إلى إمكانات هائلة لحل المشكلات المعقدة في مجالات مثل التشفير ومحاكاة المواد والتحسين.
تطبيق آخر مثير للاهتمام هو الاتصال الكمي الآمن. ونظرًا لخاصية التراكب الكمي، يتم اكتشاف أي محاولة للتدخل في المعلومات المرسلة على الفور، مما قد يؤدي إلى أنظمة اتصالات غير قابلة للاختراق فعليًا وضمان خصوصية المعلومات.
آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن التراكب الكمومي وخصائصه وفائدته.